極不穩(wěn)定隧道圍巖超前破壞機(jī)制與安全性評價(jià).pdf

1、“極不穩(wěn)定圍巖”是指在現(xiàn)有交通隧道開挖尺度下“自穩(wěn)時(shí)間”為零的圍巖。在施工過程中，這類圍巖掌子面前方極易發(fā)生失穩(wěn)破壞，有時(shí)伴隨著較大的圍巖超前變形，但由于破壞過程、機(jī)制及程度的不同，對隧道施工安全的影響具有顯著差異，進(jìn)而使得隧道安全性控制的難度、方式及效果也相差懸殊。因此，對其進(jìn)行安全性評價(jià)和分級是非常必要的，這不僅是隧道施工方案選擇的依據(jù)，也是安全性控制和工程建設(shè)管理的基礎(chǔ)性工作。
　　本文圍繞極不穩(wěn)定圍巖安全性評價(jià)展開系統(tǒng)的研

2、究。首先，從極不穩(wěn)定圍巖超前破壞的模式出發(fā)，基于超前破壞機(jī)制的深入分析，提出隧道圍巖超前破壞預(yù)測方法，并對其影響因素進(jìn)行分析，為極不穩(wěn)定圍巖安全性評價(jià)提供依據(jù);基于極不穩(wěn)定圍巖荷載特點(diǎn)分析，明確極不穩(wěn)定圍巖安全評價(jià)中應(yīng)考超前變形程度的必要性;最后，提出地層可加固性評價(jià)指標(biāo)及極不穩(wěn)定圍巖安全性的評價(jià)方法。主要開展工作及研究成果如下:
　　(1)研究了極不穩(wěn)定圍巖超前破壞演化規(guī)律，從圍巖破壞性質(zhì)及表現(xiàn)形式的角度出發(fā)，提出了極不穩(wěn)定圍巖

3、超前破壞的基本模式，分別為正面擠出型、前傾式冒落型和后傾式冒落型，將超前破壞模式定為極不穩(wěn)定圍巖安全性評價(jià)的核心指標(biāo)，并揭示了相應(yīng)的破壞機(jī)制。正面擠出型破壞發(fā)展初期以拉破壞為主，破壞發(fā)展后期以拉剪破壞為主;前傾式冒落型破壞發(fā)展的各個(gè)階段均以拉剪破壞為主;后傾式冒落型破壞發(fā)展初期以拉剪破壞為主，破壞發(fā)展后期以拉破壞為主。
　　(2)基于突變理論，綜合運(yùn)用二分法和曲線擬合技術(shù)，提出了圍巖超前破壞范圍預(yù)測方法，并對其影響因素進(jìn)行系統(tǒng)的研

4、究，確定圍巖超前破壞的縱向范圍及豎向范圍作為極不穩(wěn)定圍巖安全性評價(jià)的另外兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。
　　(3)綜合考慮超前預(yù)加固及掌子面空間約束作用的影響，提出極不穩(wěn)定圍巖荷載計(jì)算方法。重點(diǎn)分析了不同圍巖條件下及不同超前預(yù)加固方式作用下的荷載特點(diǎn)，將圍巖超前變形定為極不穩(wěn)定圍巖安全性評價(jià)主要考慮的因素。
　　(4)揭示了極不穩(wěn)定圍巖可加固性的內(nèi)涵，分析了不同類型圍巖的可加固性，提出了包括變形量的降低率、破壞區(qū)的減小率及地層可注性在內(nèi)的圍